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F=/(A+B)
F=A+B
F=(A+B)加1
0010
F=/A*B
F=A+/B
F=(A+/B)加1
0011
F=0
F=-1
0100
F=/(A*B)
F=A加A*/B
F=A加A*/B加1
0101
F=/B
F=(A+B)加A*/B
F=(A+B)加A*/B加1
0110
F=(/A*B+A*/B)
F=A减B减1
F=A减B
0111
F=A*/B
F=A*/B减1
1000
F=/A+B
F=A加A*B
F=A加A*B加1
1001
F=/(/A*B+A*/B)
F=A加B
F=A加B加1
1010
F=B
F=(A+/B)加A*B
F=(A+/B)加A*B加1
1011
F=A*B
F=A*B减1
F=A*B
1100
F=1
F=A加A
F=A加A加1
1101
F=(A+B)加A
F=(A+B)加A加1
1110
F=(A+/B)加A
F=(A+/B)加A加1
1111
F=A减1
表1-174LS181功能表
图1-3(a)74LS273管脚分配图1-3(b)74LS273功能表
图1-4(a)74LS244管脚分配图1-4(b)74LS244功能
五、工作原理
运算器的结构框图见图1-5。
图1-5运算器的结构框图
算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位运算器,四片74LS181以并/串形式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算,74LS181有高电平和低电平两种工作方式,高电平方式采用原码输入输出,低电平方式采用反码输入输出,这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制,ALU-G为“0”时,三态门开通,此时其输出等于其输入;
ALU-G为“1”时,三态门关闭,此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器,其控制信号分别为LDR1和LDR2,当LDR1和LDR2为高电平有效时,在T4脉冲的前沿,总线上的数据被送入暂存器保存。
六、实验内容
验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
七、实验步骤
Ⅰ、单片机键盘操作方式实验
注:
在进行单片机键盘控制实验时,必须把开关K4置于“OFF”状态,否则系统处于自锁状态,无法进行实验。
1、实验连线(键盘实验)
实验连线如图1-6所示。
(连线时应按如下方法:
对于横排座,应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上;
对于竖排座,应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
注意:
F4只用一个排线插头孔)
运算器接口
S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
C1…...C6E5E4F5E3控制总线
F4
控制总线
T4
图1-6实验一键盘实验连线图
2、实验过程
(1)拨动清零开关CLR,使其指示灯灭。
再拨动CLR,使其指示灯亮。
(2)在监控滚动显示【CLASSSELECt】时按【实验选择】键,显示【ES--__】输入01或1,按【确认】键,监控显示为【ES01】,表示准备进入实验一程序,也可按【取消】键来取消上一步操作,重新输入。
(3)再按【确认】键,进入实验一程序,监控显示【InSt--】,提示输入运算指令,输入两位十六进制数(参考表1-3和表1-1),选择执行哪种运算操作,按【确认】键。
(4)监控显示【Lo=0】,此处Lo相当于表1-1中的M,默认为“0”,进行算术运算,也可以输入“1”,进行逻辑运算。
按【确认】,显示【Cn=0】,默认为“0”,由表1-1可见,此时进行带进位运算,也可输入“1”,不带进位运算(注:
如前面选择为逻辑运算,则Cn不起作用)。
按【确认】,显示【Ar=1】,使用默认值“1”,关闭进位输出。
也可输入“0”,打开进位输出,按【确认】。
(5)监控显示【DATA】,提示输入第一个数据,输入十六进制数【1234H】,按【确认】,显示【DATA】,提示输入第二个数据,输入十六进制数【5678H】,按【确认】键,监控显示【FINISH】,表示运算结束,可从数据总线显示灯观察运算结果,CY指示灯显示进位输出的结果。
按【确认】后监控显示【ES01】,可执行下一运算操作。
运算指令(S3S2S1S0)
输入数据(十六进制)
00或0
01或1
02或2
03或3
04或4
05或5
06或6
07或7
08或8
09或9
0A或A
1011
0B或B
0C或C
0D或D
0E或E
0F或F
表1-3运算指令关系对照表
在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下,改变运算器的功能设置,观察运算器的输出,填入表中,并和理论值进行比较和验证:
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0(算术运算)
M=1(逻辑运算)
Cn=1(无进位)
1234H
5678H
F=
Ⅱ、开关控制操作方式实验
为了避免总线冲突,首先将控制开关电路的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1”状态(所对应的指示灯亮)。
本实验中所有控制开关拨动,相应指示灯亮代表高电平“1”,指示灯灭代表低电平“0”。
1、按图1-7接线图接线
连线时应注意:
为了使连线统一,对于横排座,应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上;
运算器接口
S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
BD15…….BD8
数据总线
BD7…….BD0
DIJ1DIJ-G
DIJ2
数据输入电路
C-GS3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
控制总线T4
控制开关电路
T+finf/8
脉冲源及时序电路
图1-7实验一开关实验接线图
2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数
本实验中ALU-G和C-G不能同时为0,否则造成总线冲突,损坏芯片!
故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。
(1)拨动清零开关CLR,使其指示灯。
置ALU-G=1:
关闭ALU的三态门;
再置C-G=0:
打开数据输入电路的三态门;
(2)向数据暂存器LT1(U3、U4)中置数
1)设置数据输入电路的数据开关“D15—D0”为要输入的数值;
2)置LDR1=1:
使数据暂存器LT1(U3、U4)的控制信号有效,置LDR2=0:
使数据暂存器LT2(U5、U6)的控制信号无效;
3)按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮,给暂存器LT1送时钟,上升沿有效,把数据存在LT1中。
(3)向数据暂存器LT2(U5、U6)中置数
1)设置数据输入电路的数据开关“D15—D0”为想要输入的数值;
2)置LDR1=0:
数据暂存器LT1的控制信号无效;
置LDR2=1:
使数据暂存器LT2的控制信号有效;
3)按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮,给暂存器LT2送时钟,上升沿有效,把数据存在LT2中;
4)置LDR1=0、LDR2=0,使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。
(5)检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确:
1)置C-G=1,关闭数据输入电路的三态门,然后再置ALU-G=0,打开ALU的三态门;
2)置“S3S2S1S0M”为“11111”,数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的数,表示往暂存器LT1置数正确;
3)置“S3S2S1S0M”为“10101”,数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的数,表示往暂存器LT2置数正确。
3、验证74LS181的算术和逻辑功能
按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H”,在给定LT1=1234H、LT2=5678H的情况下,通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置,通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F,填入上表中,参考表1-1的功能表,分析输出F值是否正确。
分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态,观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。
M=1(逻辑运算)
1234H
5678H
F=
Ⅲ、联机控制操作方式
实验步骤:
1、将下载线连接到实验箱左上角的端口。
连接下载线时,带按头的一面向上。
2、打开实验箱后面的电源开关,实验箱右下角的系统监控指示灯上将滚动显示【CLASSSELECt】。
3、打开电脑桌面[计算机组成原理—16位]的图标,在弹出的对话框中选择所用端口为COM1,按确认键。
4、在再弹出的对话框中按确认键,确认进行联机。
5、在实验箱右下角按下【联机】键,系统进入与上位机通讯状态。
6、当数码管显示【Pc-Con】,最后显示【8】时,表示联机通讯成功。
做完一个实验还要继续做下一个实验时要点确认,全部实验做完再点关闭。
八、实验报告要求
1、实验记录:
所有的运算结果,故障现象及排除经过;
2、谈谈本次实验的收获及想法。
实验三存储器读写和总线控制实验
1、掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法。
2、掌握地址和数据在计算机总线的传送关系。
3、了解运算器和存储器如何协同工作。
预习半导体静态随机存储器6116的功能。
电路图见图3-1,6116的管脚分配和功能见图3-2。
图3-1存储器电路
图3-2(a)6116管脚分配图3-2(b)6116功能
图3-3
实验中的静态存储器由2片6116(2K×
8)构成,其数据线D0—D15接到数据总线,地址线A0—A7由地址锁存器74LS273(集成于EP1K10内)给出。
黄色地址显示灯A7—A0与地址总线相连,显示地址总线的内容。
绿色数据显示灯与数据总线相连,显示数据总线的内容。
因地址寄存器为8位,接入6116的地址A7—A0,而高三位A8—A10接地,所以其实际容量为28=256字节。
6116有三个控制线,/CE(片选)、/R(读)、/W(写)。
其写时间与T3脉冲宽度一致。
当LARI为高时,T3的上升沿将数据总线的低八位打入地址寄存器。
当WEI为高时,T3的上升沿使6116进入写状态。
学习静态RAM的存储方式,往RAM的任意地址里存放数据,然后读出并检查结果是否正确。
6116为静态随机存储器,如果掉电,所存的数据全部丢失!
在进行单片机键盘控制实验时,必须把K4开关置于“OFF”状态,否则系统处于自锁状态,无法进行实验。
1、实验连线
实验连线图如图3-4所示。
连线时应按如下方法:
(注意:
F3只用一个排线插头孔)
图3-4实验三键盘实验接线图
2、写数据
(1)拨动清零开关CLR,使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。
(2)在监控指示灯滚动显示【CLASSSELECt】时按【实验选择】键,显示【ES--__】输入03或3,按【确认】键,监控指示灯显示为【ES03】,表示准备进入实验三程序,也可按【取消】键来取消上一步操作,重新输入。
再按【确认】键,进入实验三程序。
(3)监控指示灯显示为【CtL=--】,输入1,表示准备对RAM进行写数据,在输入过程中,可按【取消】键进行输入修改,按【确认】键。
(4)监控指示灯显示【Addr--】,提示输入2位16进制数地址,输入“00”按【确认】键,监控指示灯显示【dAtA】,提示输入写入存储器该地址的数据(4位16进制数),输入“3344”按【确认】键,监控指示灯显示【PULSE】,提示输入单步,按【单步】键,完成对RAM一条数据的输入,数据总线显示灯(绿色)显示“0011001101000100”,即数据“3344”,地址显示灯显示“00000000”,即地址“00”。
(5)监控指示灯重新显示【Addr--】,提示输入第二条数据的2位十六进制的地址。
重复上述步骤,按表3-1输入RAM地址及相应的数据。
地址(十六进制)
数据(十六进制)
00
3333
71
3434
42
3535
5A
5555
A3
6666
CF
ABAB
F8
7777
E6
9D9D
表3-1实验三数据表
3、读数据及校验数据
(1)按【取消】键退出到监控指示灯显示为【ES03】,或按【RST】退到步骤2初始状态进行实验选择。
(2)拨动清零开关CLR,使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。
在监控指示灯显示【ES03】状态下,按【确认】键。
(3)监控指示灯显示为【CtL=--】,输入2,表示准备对RAM进行读数据,按【确认】键。
(4)监控指示灯显示【Addr--】,提示输入2位16进制数地址,输入“00”,按【确认】键,监控指示灯显示【PULSE】,提示输入单步,按【单步】键,完成对RAM一条数据的读出,数据总线显示灯(绿色)显示“0011001101000100”,即数据“3344”,地址显示灯显示“00000000”,即地址“00”。
(5)示灯重新显示【Addr--】,重复上述步骤读出表3-1的所有数据,注意观察数据总线显示灯和地址显示灯之间的对应关系,检查读出的数据是否正确。
为了避免总线冲突,首先将控制开关电路的所有开关拨到输出高电平“1”状态,所有对应的指示灯亮。
1、按图3-5接线图接线。
图3-5实验三开关实验接线图
2、拨动清零开关CLR,使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。
3、往存储器写数据
以往存储器的(FF)地址单元写入数据“AABB”为例,操作过程如下。
(操作)(显示)(操作)(显示)(操作)
1、C–G=1
2、置数据输入电路
D15—D0=“000000001111111”
3、CE=1
4、C–G=0
绿色数据总线显示灯显示
“0000000011111111”
1、LAR=1
2、T3=1
(按【单步】)
地址寄存器电路黄色地址显示灯显示“11111111”
1、C-G=1
D15—D0=“1010101010111011”
3、LAR=0
4、C-G=0
(显示)(操作)
“1010101010111011”
1、WE=1
2、CE=0
3、T3=1(按【单步】)
4、WE=0
4、按上述步骤按表3-2所列地址写入相应的数据
地址(二进制)
数据(二进制)
00000000
0011001100110011
01110001
0011010000110100
01000010
0011010100110101
01011010
010*********
10100011
0110011001100110
11001111
1010101110101011
11111000
0111011101110111
11100110
1001110110011011
表3-2
5、从存储器里读数据
以从存储器的(FF)地址单元读出数据“AABB”为例,操作过程如下:
(操作)(显示)(操作)(显示)(操作)(显示)
1、C-G=1
D15—D0=“0000000011111111”
4、C-G=0
MAR电路黄色地址显示灯显示
“11111111”
2、LAR=0
3、WE=0
4、CE=0
绿色数据总线显示灯显示
6、按上述步骤读出表3-2数据,验证其正确性。
Ⅲ联机控制操作方式
3、打开电脑桌面[计算机组成原理—16位]的图标,在弹出的对话框中选择所用端口为COM1,按确认键。
附加实验总线控制实验
1、了解总线的概念及其特性。
2、掌握总线的传输控制特性。
二、实验设备
三、实验说明
1、总线的基本概念
总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路,是构成计算机系统的骨架。
借助总线连接,计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。
因此,所谓总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。
2、实验原理说明
在本实验中,挂接在数据总线上的有输入设备、输出设备、存储器和加法器。
为了使它们的输出互不干扰,就需要这些设备都有三态输出控制,且任意两个输出控制信号不能同时有效。
其结构如下图所示。
图3-6总线结构图
其中,数据输入电路和加法器电路结构见图1-5,地址寄存器和存储器电路见图3-1、3-3。
数码管显示电路用可编程逻辑芯片ATF16V8B进行译码和驱动,D-G为使能信号,W/R为写信号。
当D-G为低电平时,W/R的下降沿将数据线上的数据打入显示缓冲区,并译码显示。
本实验的流程为:
(1)输入设备将一个数打入LT1寄存器。
(2)输入设备将一个数打入LT2寄存器。
(3)LT1与
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- 计算机 组成 原理 实验 材料